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1. (WO2018064785) SYSTEM FOR ENERGY EXTRACTION IN WATERCOURSES
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Pub. No.:    WO/2018/064785    International Application No.:    PCT/CL2016/000057
Publication Date: 12.04.2018 International Filing Date: 06.10.2016
Chapter 2 Demand Filed:    23.05.2017    
IPC:
F03B 13/08 (2006.01), F03B 1/00 (2006.01), F03B 15/20 (2006.01), E02B 5/00 (2006.01), E02B 9/02 (2006.01)
Applicants: DE LA JARA HARTWIG, Emilio Alfonso [CL/CL]; (CL)
Inventors: DE LA JARA HARTWIG, Emilio Alfonso; (CL)
Agent: BEUCHAT, BARROS & PFENNIGER; Europa 2035, Providencia Santiago (CL)
Priority Data:
Title (EN) SYSTEM FOR ENERGY EXTRACTION IN WATERCOURSES
(ES) SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE ENERGÍA EN CURSOS DE AGUA
(FR) SYSTÈME D’EXTRACTION D’ÉNERGIE DE COURS D’EAU
Abstract: front page image
(EN)This invention lies within the scope of systems for converting the energy of a watercourse (artificial or natural) into mechanical and/or electric energy. The technical problems overcome by this invention are varied and are the main reason that many artificial channels with energy generating potential remain unexploited. First, one of the most important problems for converting the energy of a watercourse without drops is that the level of energy that can be extracted by conventional means is usually very low for practical applications, making it technically or economically unviable. Second, artificial channels commonly show a large variability in flow levels throughout the year, which involves different heights of water levels throughout the year, thus making energy production difficult due to the fixed size of the rotors in conventional systems, which in conditions of variable height would cause part of the turbine to be outside the water, leading to splashing and waves for a horizontal turbine and a smaller wetted area for a vertical turbine. The third problem solved by this system is that when a turbine is installed in the channel, current systems generate obstructions to the water flow, which can cause the channel to overflow during floods and require the channel to be designed for maximum spill. The fourth problem solved by this invention is the cutting off or change in direction that must be performed in a channel when installing a turbine, since the structural work required by conventional systems requires redirecting or completely cutting off the water flow, leaving downstream users without water. The system of the invention includes the following subsystems: turbines, sluice gates, with their respective supports and positioning systems, all of which are supported from outside the channel in order to maintain the same discharge capacity as it had before installing the system. At the flow inlet, the system has an entirely removable gate, the function of which together with the blocking caused by the turbines, is to regulate the pouring height upstream from the channel, at the same time keeping the turbines submerged for different mass flow rates throughout the year. The device comprises a plurality of turbines, which may be entirely removed and have one or more rotors that may be independent or interconnected with electric pumps or generators to convert the mechanical energy of the rotor into useful energy. The system changes a series of geometric and dynamic parameters in a balanced manner in order to maximise the performance of energy extraction, changing the rotation speed and torque of the turbine together with the height of the sluice gates in order to maximise energy extraction for different flow levels throughout the year, while preventing water from being spilled over the edge of the channel. The system is designed for installation in series and to maximise the energy extracted from the watercourse, generating more output and energy per year than conventional systems.
(ES)La presente invención se relaciona al ámbito de un sistema para convertir la energía de un curso de agua (artificial o natural) en energía mecánica y/o eléctrica. Es así como, los problemas técnicos que resuelve esta invención son variados, los cuales son la principal causa que muchos canales artificiales con potencial de generación de energía se encuentren inexplotados. Primero, uno de los problemas más importantes para convertir la energía de un curso de agua sin caídas, es que la cantidad de energía extraíble por medios convencionales suele ser muy baja para aplicaciones prácticas, haciéndola técnica o económicamente inviable. Segundo, los canales artificiales poseen comúnmente una gran variabilidad de flujos durante el año, lo cual implica distintas alturas de escurrimiento del agua durante el año, dificultando la producción de energía debido al tamaño fijo de los rotores de los sistemas convencionales, que con una altura variable, generará que parte la turbina esté fuera del agua, generando salpicadura del agua y olas en el caso de una turbina de eje horizontal, y una menor área mojada en el caso de una turbina de eje vertical. El tercer problema que resuelve este sistema es que al instalar una turbina en el canal, es que los sistemas actuales generan una obstrucción al flujo de agua, lo cual puede producir el desborde del canal en el caso que ocurra una crecida y se requiera el escurrimiento máximo que tiene el canal por diseño. El cuarto problema que resuelve esta invención es el corte o el cambio de dirección que se debe hacer en un canal a la hora de hacer la instalación de una turbina, ya que la obra civil que requieren los sistemas convencionales, requieren el re-direccionamiento del caudal o bien corte definitivo de éste, dejando a los usuarios del agua más abajo sin agua. El sistema de la invención se componen de los siguientes subsistemas: Turbinas, compuertas, con sus soportes y sistemas de posicionamiento respectivos, todos éstos soportados externamente al canal para mantener la misma capacidad de descarga que tenía antes de la instalación del sistema. En la entrada del flujo, el sistema posee una compuerta completamente removible, cuya función en conjunto con el bloqueo provocado por las turbinas, es regular la altura de escurrimiento aguas arriba del canal, al mismo tiempo que mantiene las turbinas sumergidas para distintos flujos másicos que se den durante el año. El dispositivo consta de una pluralidad de turbinas, las cuales pueden ser removidas completamente y poseen uno o más rotores independientes o interconectados entre sí con bombas o generadores eléctricos, para convertir la energía mecánica del rotor en energía útil. El sistema modifica una serie de parámetros geométricos y dinámicos de manera aparejada, con el objetivo de maximizar el desempeño de la extracción de energía, modificando la velocidad de giro y torque de la turbina, en conjunto con la altura de las compuertas, para así de maximizar la extracción de energía para distintos niveles de caudal durante todo el año, sujeto a que no se derrame agua por fuera del borde del canal. El sistema está diseñado para ser instalado en serie y maximizar la energía extraída en el curso de agua, generando más potencia y energía anual que los medios convencionales.
(FR)La présente invention concerne un système pour convertir l’énergie d’un cours d’eau (artificiel ou naturel) en énergie mécanique et/ou électrique. Ainsi, les problèmes techniques résolus par l’invention sont divers, lesquels constituent la principale cause responsable faisant que de nombreux canaux artificiels à potentiel de génération d’énergie sont inexploités. Premièrement, un des problèmes les plus importants pour convertir l’énergie d’un cours d’eau sans chute est que la quantité d’énergie extractible par des moyens classiques est habituellement très faible pour des applications pratiques, ce qui la rend techniquement ou économiquement non viable. Deuxièmement, les canaux artificiels possèdent communément une grande variabilité de flux au cours de l’année, ce qui implique différentes hauteurs d’écoulement de l’eau pendant l’année, rendant difficile la production d’énergie du fait de la taille fixe des rotors des systèmes classiques, qui, avec une hauteur variable, fait qu’une partie de la turbine est hors d’eau, ce qui génère une éclaboussure de l'eau et des vagues dans le cas d’une turbine à axe horizontal, et une moindre surface mouillée dans le cas d’une turbine à axe vertical. Le troisième problème résolu par ce système est que lors de l’installation d’une turbine dans le canal, les systèmes actuels génèrent une obstruction au niveau du flux d’eau, ce qui peut entraîner le débordement du canal dans le cas où une crue se produit et où est requis l’écoulement maximal offert par la conception du canal. Le quatrième problème résolu par cette invention est l’interruption ou le changement de direction qui doit être opéré dans un canal lors de l’installation d’une turbine, étant donné que les travaux requis par les systèmes classiques nécessitent la redirection du débit ou bien l’interruption définitive de celui-ci, laissant les utilisateurs de l’eau plus en aval sans eau. Le système de l’invention est constitué des sous-systèmes suivants : Des turbines, des portes, avec leurs supports et systèmes de positionnement respectifs, tous supportés extérieurement au canal pour maintenir la même capacité de décharge qu’il présentait avant l’installation du système. A l’entrée du flux, le système possède une porte complètement amovible, dont la fonction est, conjointement avec le blocage provoqué par les turbines, de réguler la hauteur d’écoulement en amont du canal, tout en maintenant les turbines immergées pour différents flux massiques rencontrés au cours de l’année. Le dispositif comprend une pluralité de turbines, lesquelles peuvent être complètement retirées et possèdent un ou plusieurs rotors indépendants ou reliés entre eux avec des pompes ou des générateurs électriques, pour convertir l’énergie mécanique du rotor en énergie utile. Le système modifie, de pair, une série de paramètres géométriques et dynamiques, afin de maximiser l’exploitation de l’extraction d’énergie, modifiant la vitesse de rotation et le couple de la turbine, conjointement avec la hauteur des portes, pour ainsi maximiser l’extraction d’énergie pour différents niveaux de débit tout au long de l’année, à condition que l’eau ne se déverse par dessus le bord du canal. Le système est conçu pour être installé en série et maximiser l’énergie extraite du cours d’eau, générant plus de puissance et d’énergie annuelle que les moyens classiques.
Designated States: AE, AG, AL, AM, AO, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BH, BN, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CL, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DJ, DK, DM, DO, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, GT, HN, HR, HU, ID, IL, IN, IR, IS, JP, KE, KG, KN, KP, KR, KW, KZ, LA, LC, LK, LR, LS, LU, LY, MA, MD, ME, MG, MK, MN, MW, MX, MY, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PA, PE, PG, PH, PL, PT, QA, RO, RS, RU, RW, SA, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY, TH, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM, ZW.
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Publication Language: Spanish (ES)
Filing Language: Spanish (ES)